Базы и банки данных

По сфере возможного применения можно различать универсальные и специализированные (или проблемно-ориентированные) системы.

По степени доступности можно выделить общедоступные и БД с ограниченным доступом пользователей. В последнем случае говорят об управляемом доступе, индивидуально определяющем не только набор доступных данных, но и характер операций, которые доступны пользователю.

Следует отметить, что представленная классификация не является полной и  исчерпывающей. Она в большей  степени отражает исторически сложившееся  состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и  применением баз данных. 

 

4.1. Типология баз данных с точки зрения информационных процессов  

 

С другой стороны, БД могут соотноситься с различными уровнями информационных процессов: уровень информационных технологий (ИТ), уровень системы (ИС), уровень информационных ресурсов (ИР).

На уровне информационных технологий БД определяется как взаимосвязанная  совокупность файлов ОС, содержащих данные о предметной области решаемой задачи. При этом основное внимание уделяется физической структуре БД

На уровне информационных систем БД рассматривается как компонента, представляющая собой информационную модель предметной области. Здесь наиболее важной является проблемалогической структуры БД.

При рассмотрении на уровне информационных ресурсов БД трактуется как элемент  мировых ИР. Основной характеристикой  здесь является содержание БД, хотя и структуры данных также немаловажны.

Основное внимание в данном пособии  будет уделяться рассмотрению БД на уровне технологии и систем, уровень  информационных ресурсов будет вкратце  рассмотрен только в настоящей главе.

Программные средства баз данных. Оболочки информационных систем (системы программирования ИС) представляют собой гибкие программные комплексы, настраиваемые на задачи пользователя. Наиболее распространенными классами данных программных средств являются системы управления базами данных (СУБД) и оболочки автоматизированных информационно-поисковых систем (АИПС).

Информационно-поисковые системы. В узком смысле под АИПС принято понимать открытый (обычно) или замкнутый (реже) программный продукт, предназначенный для реализации практически большинства функций (процессов) — ввод, обработка, хранение, поиск, представление данных (организованных в записи или документы, находящиеся в БД). В этом смысле часто отождествляют АИПС с АИС, и это трудно оспаривать.

Среди АИПС в узком смысле принято  выделять:

• фактографические системы (отличающиеся фиксированной структурой данных или записей), для разработки которых как правило используются СУБД, поддерживающие табличные (реляционные) БД;

• документальные системы (отличающиеся неопределенной или переменной структурой данных или документов), для разработки которых часто (но не обязательно) применяют оболочки АИПС.

В более широком смысле под АИПС подразумеваются также программные оболочки, ориентированные на разработку продуктов muna ГИПС (в узком смысле). Это связанно с тем фактом, что первые системы типа СУБД и оболочек АИПС были предложены в 60-е — 70-е гг. фирмой IBM (и сотрудничавшими с ней организациями) и включали в себя:

• IMS/360 (Information Management System) — по-видимому, первую реальную СУБД, поддерживавшую так называемую иерархическую модель данных (понятие появилось позже, в связи с необходимостью систематизации СУБД), нашедшую достаточно широкое применение (в частности, для информационного обеспечения проекта Apollo, завершившегося, как известно, высадкой граждан США на Луну в 1969 г.);

• DPS/360 (Document Processing System) — первый промышленный пакет прикладных программ (ППП), предназначенный для реализации документальных АИПС. В дальнейшем на основе развития принципов DPS, фирмой в 1972 г. был выпущен пакет STAIRS (STorage And Information Retrieval System), предназначенный для диалогового, обслуживания множества (удаленных) пользователей;

• IRMS (Information Retrieval and Management System), ТЕХТPAC и другие аналогичные пакеты.

Как это следует из наименований продуктов, разработчики понимали под  АИПС именно ППП-оболочки.

Системы управления базами данных и программирования АНС. Среди различных программных средств данного класса следует различать три типа;

• СУБД в «чистом виде» (IMS, CETOP и пр.);

• СУБД с элементами систем программирования АИС (ADA-BAS/NATURAL, ORACLE);

• системы программирования АИС с элементами СУБД (FoxBase / FoxPro, Clipper).

Первый тип фактически относится  к начальному этапу развития систем второго (реже — третьего) типов. В  этом случае СУБД состоит только из системы интерпретации вызовов (обращений) из пользовательской программы (call-interface) на выборку (корректировку, занесение) информации из/в БД, причем программа написана на одном из универсальных языков программирования (ЯП), таких как Кобол, Фортран, Паскаль и пр., получивших название включающие языки СУБД. Данная система в последующих СУБД (второй тип) получила наименованиеядра. Соглашения о форматах и структурах такого взаимодействия обычно пытаются оформить в виде некоторого формального языка (языка ядра). В частности, вдохновленная успехами в разработке и распространении универсального ЯП PL/1 (Programming Language #1), фирма IВМ разработала описание форматов интерфейса пользовательских программ с БД IMS в форме языка DL/1 (Data Language #1), который, однако, значительного успеха не имел.

Второй тип представляет собой  расширение первого в направлении  создания универсальной системы  разработчика АИС, включающей также  специализированные языковые средства. В этом случае СУБД представляет собой  совокупность специализированных программных  средств, вспомогательных файлов и  управляющих таблиц (иногда находящихся  в составе БД, реже это файлы  ОС), которая обеспечивает доступ пользователей  к БД при соблюдении следующих  существенных критериев:

• целостность и непротиворечивость данных, описывающих различные аспекты объектов реального мира, защита информации от несанкционированного доступа к чтению/обновлению содержимого БД;

• установление и поддержание связей между зависимыми данными;

• удобство использования данных. Третий тип представляют собой (разработанные обычно для ПК) системы, содержащие элементы как непроцедурного (язык запросов), так и процедурного (язык программирования) типов во входном языке, предназначенном для управления данными и обработки информации. Элементы СУБД здесь также заключаются в наличии простейшего словаря данных, возможности создания модели предметной области в форме совокупности таблиц, связанных между собой простейшим образом, а также в наличии средств генерации отчетов и управления доступом пользователей.  

 

5. Семантика баз данных 

 

Как уже отмечалось, база данных не может рассматриваться в отрыве от назначения и особенностей ее использования  для решения практических задач, причем обязательно в составе  более крупных информационных или  технологических автоматизированных систем. Задачи таких систем — не только планирование и управление предприятием, но и интеграция разработки и сопровождения  основных и технологических объектов и процессов, диагностика, мониторинг, моделирование. Соответственно, задачи и назначение БД как системы, хранящей информацию обо всех этих составляющих, — обеспечить информационную поддержку  этих процессов.

База данных — это отражение  реальной предметной области, «действующая»  информационная модель, которая, обеспечивая  субъект информацией для принятия решения, позволяет в том числе и управлять объектами и процессами в отражаемой предметной области (ПрО). Такая функциональная направленность (естественно, предполагающая достижение эффективности в первую очередь за счет использования именно БД) обусловливает и обратную зависимость: объекты, процессы и события ПрО выделяются таким образом, чтобы было возможно их представление в виде системы взаимосвязанных данных и процессов, удобных для их последующей (человеко-машинной) обработки.

В каком-то смысле базу данных можно  сравнить с сообщением о состоянии  предметной области, воспринимаемым некоторым  субъектом, задачей которого и является преобразование объектов этой ПрО, причем в своей деятельности субъект руководствуется информацией, извлекаемой именно из этого «сообщения». Схема этого соотношения, приведенная на рис. 1.4, иллюстрирует еще и то, что система, преобразующая объект, принципиально является комплексной (состоящей, по крайней мере, из двух компонент, работающих с объектами разной природы: субъект преобразования  

 

 

 

взаимодействует преимущественно с материальными  объектами, а БД — с информационными).

Для многокомпонентных систем с  многоуровневым представлением семантики  эффективность обработки достигается  через специализированность представления объектов или процессов (а для вычислительных систем — как среды хранения информации — с единственно возможной двоичной формой представления) и, в первую очередь, путем сведения представления множества обрабатываемых (локально) объектов к однородности природы и формы их представления. Поэтому, в общем случае для реализации эффективного межуровневого взаимодействия (на каждом из уровней объекты представлены в виде, наиболее адекватном функциональным средствам этого уровня) любая величина должна быть преобразована в соответствии с «контекстом» этого уровня для получения такого ее представления, которое будет значимо для воспринимающего уровня, т. е. может быть обработано средствами этого уровня.

Здесь «контекст» — это декларативное  или иногда процедурное определение  способа использования элементарных составляющих величины для получения  значения. Например, порядок использования  байтов при преобразовании вещественного  числа, представленного в двоичной форме, в символьный формат.

Соотношение понятий «величина», «контекст» и «значением, приведено на рис. 1.5. Здесь значение, получаемое на уровне 1, на следующем рассматривается  в свою очередь как величина, которая  будет интерпретироваться в соответствии с контекстом своего уровня. 

 

 

 

 

 

Таким образом, можно сказать, что  значение в общем случае определяется парой <контекст, величина>. Причем, поскольку контекст и величина имеют разную природу, они должны быть представлены в вычислительной среде самостоятельными, скорее всего, разнотипными объектами.

Такое, хотя и упрощенное представление  о БД как о средстве информационных коммуникаций позволяет тем не менее увидеть взаимосвязь вида информации (способа реализации смысла) с формой ее представления и особенностью ее использования.

В этом смысле (с точки зрения способа  представления и, соответственно, восприятия) в отдельный класс можно выделить фактографическую информацию: такое представление реально существующих событий и явлений, когда они могут быть описаны как факты, задаваемые парой <имя, значение>, где имя — знак, уникально определяющий (идентифицирующий) факт в заданной предметной области, и обычно не нуждающийся в явном определении или до определении его существа; а значение — характеристика, задающая одно из множества возможных состояний.

Таким образом, здесь факт (его значение) задается величиной, например, числовой для параметров, измеримых физически, в том числе и логическими  величинами «истина»/«ложь» для указания, свершилось событие или нет.

Можно сказать, что особенностью фактографической информации является практическая очевидность (минимальная неопределенность, не требующая использования сложных  или нечетких процедур) идентификации  и интерпретации «факта», как  его имени, так и состояния. Таким  образом, контекст в этом случае в достаточной степени определяется однозначно понимаемым объявлением о назначении базы данных и таким именованием полей данных, когда в качестве имени используется общепринятое, не зависящее от прикладных задач, имя свойства(и таким образом определяются характеристические признаки). Такая ситуация предопределяет для пользователя возможность адекватного восприятия содержания: способ интерпретации данных в этом случае практически не может быть неоднозначным, причем для пользователя определение способа происходит неявно (не требует от него явных действий для определения и использования контекста). Это, с одной стороны, позволяет свести представление предметной области к точной теоретико-множественной модели, а с другой — обусловливает возможность непосредственного использования данных в задачах обработки (на уровне прикладных программ) для генерации новой информации без участия субъекта (человека), внешнего по отношению к машинной среде, обеспечивающего определение и использование контекста. Например, ОЕАР-технологии баз данных, позволяющие строить на основе множества данных, количественно характеризующих состояние объектов предметной области и представленных обычно регулярными таблицами, новые значения, отражающие это состояние на ином качественном уровне, например, интегральные показатели, диаграммы, графики и т. д.

Однако большинство задач, решаемых человеком, не могут быть сведены  к «фактографическому» представлению  и описываются (и, соответственно, представляются в машинной среде) средствами естественного  или специализированного языков, оперирующих лингвистическими переменными, значение которых может зависеть не только от контекста предметной области, но также и от контекста ближайшего окружения — значения соседних переменных. Причем, появление нового смысла (факта) не обязательно приводит к появлению новой переменной: новый факт представляется с помощью уже существующих переменных. Например, словесные определения философских или географических понятий.

В отличие от ранее рассмотренного фактографического представления, для вербальной формы представления  факта (выражениями языка с использованием лингвистических переменных) характерно то, что для задания имени, значения и контекста может использоваться единый способ и средства — лингвистические переменные одного и того же языка. Например, описание весовых свойств может быть представлено несколькими, но имеющими один смысл, вариантами предложений: «Чугунная заготовка весом 29 килограммов» или «Чугунная заготовка имеет свойство т = 29, где т — вес в килограммах».